關于接觸網防雷技術分析與對策

曾春光，羅軍（.廣州鐵路集團公司安監室，廣東廣州50000；.西安鐵路局供電段，陜西西安70054）

關于接觸網防雷技術分析與對策

曾春光1，羅軍2
（1.廣州鐵路集團公司安監室，廣東廣州510000；2.西安鐵路局供電段，陜西西安710054）

電氣化鐵路中部分線路的雷擊跳閘較為頻繁，雷害導致閃絡是其中一個重要因素。通過對廣鐵集團接觸網雷擊跳閘情況統計的基礎上，研究了接觸網防雷的現狀，分析雷擊接觸網的各種情況，探討防雷對策。

接觸網；防雷；對策

接觸網作為電氣化鐵路的重要組成部分，沒有后備能力，如果防雷措施采用不當，可能引起絕緣子損壞造成線路跳閘，同時，雷擊產生的侵入波過電壓通過接觸網傳入牽引變電所，可能引起所內電氣設備損壞，造成更大的事故。尤其是高鐵區段，根據《鐵路客運專線技術管理辦法（試行）補充規定》[1]的規定，接觸網發生跳閘重合或強送成功，本線及鄰線首趟列車限速80 km/h，因此高速鐵路一旦發生跳閘，即使重合成功，也會影響8~10列動車組的正常運行，嚴重影響鐵路運輸秩序。因此提高接觸網的防雷性能、減少接觸網雷擊故障以提高電氣化鐵路運輸安全和效率具有十分重要的意義。

1　我國接觸網防雷現狀

根據調查統計，2013年，廣鐵集團管內高鐵、普速因雷擊引發的接觸網跳閘共計226件，占跳閘總數的50%。其中高鐵因雷擊引發跳閘127件，占高鐵跳閘總數的74%；普鐵因雷擊引發跳閘99件，占普鐵跳閘總數的35%。今年，截止到2014年9月30日，集團管內高鐵、普鐵因雷擊引發接觸網跳閘共計400件，占跳閘總數的70%。其中高鐵因雷擊引發跳閘209件，占高鐵跳閘總數75%；普鐵因雷擊引發跳閘191件，占普鐵跳閘總數66%。

在我國牽引供電系統中，大部分供電方式是帶回流線的直接供電方式[2]。實際運行中，除了通過絕緣子自恢復絕緣外[3]，考慮采用過電壓保護裝置來限制雷電過電壓，應用比較多的為避雷器[4]。同時，由于避雷器只能對過電壓進行有限的保護，所以除非有極頻繁雷電存在的地段才會使用[5]。例如：海南東環線由于采取回流線高架兼做避雷線的安裝方式，2014年僅發生一次雷擊跳閘，防雷能力明顯較雷害嚴重區域其他線路要強。2013年廣鐵集團對雷害較為嚴重的京廣高鐵韶英、英清、花廣區間采取加裝獨立避雷線的方式進行防雷設施改造，通過對改造前后設備雷擊跳閘數據統計分析，增設防雷線區段發生雷擊跳閘次數由2013年的12起下降至2014年的0起，下降趨勢非常明顯，效果顯著。

但是由于鐵路線路雷擊點具有隨機性和分散性[6]，采取避雷器方式進行線路過電壓保護，若要使被保護設備不受雷擊侵入波的侵害，避雷器設置得比較密集，不得超過避雷器與被保護設備間最大電氣距離[7-8]。就接觸網而言，根據有關資料，這個距離一般不大于60 m。顯然，目前接觸網上避雷器設置的數量是不充足的。

通過對京廣高鐵部分統計數據分析得出，雷擊閃絡絕緣子與避雷器距離最近的是2013年4月5日，李莊變電所供電線G5支柱，該支柱上安裝有避雷器；其次是2013年3月16日，信孝區間閃絡絕緣子，相鄰支柱安裝有避雷器，相距不足50 m。可見供電避雷器防雷效果有限，只是對重點設備進行小范圍防護。

2　牽引供電故障及跳閘原因分析

通過對相關站段的調研檢查，今年以來集團管內供電系統故障大幅上升，究其原因主要有以下3個方面。

2.1接觸網地理環境條件差

自然地理條件導致接觸網容易遭受雷擊而跳閘，特別是高速鐵路接觸網因大多架設在山區、空曠區段，并且高架橋梁多，更易遭受雷電侵害。2014年因雷電引起的跳閘338件，占牽引供電跳閘總數的71%，是接觸網跳閘停電的最主要因素。

2.2接觸網防雷設計標準低

除海南東環線外，為節省投資，我集團管內接觸網設備一直按照一般高雷區設計，即只在接觸網錨段關節、隔離開關等設備處、長度2 000 m及以上隧道（橋梁）兩端安裝了避雷器，這種設計標準低，不符合《鐵路電力牽引供電設計規范》的要求，導致接觸網防雷效果不佳。

2.3供電設備設計存在缺陷

1）變電設備過負荷能力弱。根據長沙供電段的統計，2014年來長沙供電段發生高鐵過負荷跳閘18件，普鐵發生過負荷跳閘16件，變電設備容量或者保護整定設計上存在考慮欠周的問題。2）接觸網絕緣子選型上存在缺陷，廣深港高鐵接觸網AF線的絕緣子的爬距雖然已達1 400 mm，但其絕緣部分直線有效長度短，僅有320 mm，在過電壓及雨水作用下容易造成絕緣子沿裙邊外沿直接貫通放電，2013年1至7月及2014年同期，廣深港高鐵因雷電引起的跳閘分別為15件和29件，是廣深港高鐵跳閘的主要原因。

3　防雷的主要對策及應用

3.1主要對策

為減小雷擊絕緣閃絡故障，有效防范雷害造成的影響，2014年各鐵路局供電部門積極采取措施，加大人力物力投入，進行設備防雷檢查整治：

1）在雷雨季節到來之前，安排對管內避雷器、避雷線、引下線、接地裝置等進行專項檢查（修），進行避雷器預防性試驗，對狀態不良避雷裝置及時安排更換；對接地電阻不達標的設備及時進行整治，防止接地狀態不良引起線路雷擊反擊跳閘。確保設備雷擊狀況下，防雷設施能夠起到保護作用，及時泄走雷擊電流，減小雷電災害對供電設備造成的影響。廣鐵集團管內高鐵普鐵今年完成4 528臺避雷器、8 816處接地極排查，并對隔開供電線狀態檢查，發現和整改問題785處，接地極問題410處，避雷器及計數器問題252處，其他問題123處。

2）落實《2014年全路供電安全專項整治工作安排》中關于供電防雷專項整治的部署，對京滬、京廣、哈大等部分高鐵線路進行防雷設施改造，采取加強改造避雷線和增設避雷線的方式，提高接觸網供電可靠性，降低設備雷擊故障概率。

3）對牽引變電所接地網進行整治，確保防雷接地裝置的等效電阻值滿足要求，共計22所，已完成18所。

4）嚴格供電“一閘一檔”管理，抓好雷擊跳閘放電點排查，按照未查明跳閘故障點絕不放過的原則，杜絕設備帶病運行。

5）強化跳閘信息的處置。

一是嚴格執行總公司的規定，高鐵故障跳閘首列動車組按要求降弓及限速，安排人員添乘。二是及時安排人工巡視及上網排查，嚴防次生災害。

3.2應用

下面主要對加強改造避雷線和增設避雷線進行舉例說明：

京滬高鐵2012年起逐步采取加強線退出改造成架空地線，以及在無加強線區段增設架空地線的防雷技術改造，2014年京滬高鐵雷擊件數較2012年、2013年大為減少，且跳閘件數低于京廣高鐵等其他高鐵線路，如圖1所示。

2013年已完成京廣高鐵集團管內增設避雷線111條公里，廣深線增架避雷線82條公里。2014年，通過與相關鐵路公司的積極協商，計劃對京廣高鐵、廣珠城際、廣深港客專、既有廣深線等實施共計325條公里增設避雷線改造，現正在積極推進。

圖1　京滬高鐵2012-2014年雷擊跳閘趨勢Fig.1The trip trend of lightning in the Beijing-Shanghai high-speed rail from 2012 to2014

4　防雷設施改造區段效果分析與比較

4.1京廣高鐵加裝避雷線（避雷器）區段效果分析

截止2014年8月底，集團公司完成了京廣高鐵廣州供電段管段韶英、英清、花廣區間防雷改造工作，包含架設避雷線106.217條公里、增設避雷器128臺，橋梁接地極共計469處。在加裝避雷線及增設避雷器作用下，2014年廣州供電段京廣高鐵雷擊跳閘次數較往年有明顯下降趨勢。具體數據如下：

截止2014年8月底，京廣高鐵廣州供電段管內供電設備累計發生跳閘52起，較2013年（71起）減少19起，同比下降26.8%；較2012年（88起）減少36起，同比下降40.9%。

通過上述跳閘數據分析，近3年京廣高鐵（廣州供電段管段）發生跳閘件數呈連續下降趨勢（見圖2）。其中雷擊導致的跳閘2012年、2013年、2014年分別為68起、53起、39起，呈逐年下降趨勢變化。

圖2　防雷改造區段跳閘趨勢變化圖Fig.2Trip trend change map in the lightning transformation sector

4.2增設防雷線區段與增設避雷器區段效果比較

1）京廣高鐵韶英、英清、花廣區間加裝避雷線改造前后發生雷擊跳閘數據統計如下：

增設防雷線區段發生雷擊跳閘次數由2013年的12起下降至2014年的0起（統計截止8月30日），下降趨勢非常明顯，效果顯著。

2）京廣高鐵老堂屋變電所211、212供電臂采用加密避雷器避雷改造，共增設避雷器128臺、橋梁接地極共計469處。改造前后發生雷擊跳閘次數統計如下：

老唐屋變電所通過加裝避雷器改造，發生雷擊跳閘次數由改造前的3次降為改造后的1次，也呈現下降趨勢，但改造后發生跳閘故障點距最近避雷器僅50 m。

5　結語

雷電是一種自然現象，我們不能完全控制雷害的發生，但通過必要的防雷措施可以減少雷害的發生。接觸網具有良好的防雷性能是電氣化鐵道安全運營的基本保證之一，本文對廣鐵集團接觸網雷擊跳閘情況的統計數據進行了總結和分析，并提出了應對這些故障的對策，對于已經實施的措施效果進行了分析和對比，證明了所提出對策的可行性和有效性。

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[2]迮繼亮，曹兵.淺談電氣化鐵路接觸網防雷技術[J].科技視界，2015（15）：94. ZE Jiliang，CAO Bing.Lightning protection technology on electrified railway catenary[J].Technology Vision，2015（15）：94（in Chinese）.

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[4]薛艷紅，劉方中.接觸網運行與檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

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[7]劉明光，李光澤，孔中秋.論接觸網上避雷器的應用[J].電氣化鐵道，2005（5）:28-30. LIU Mingguang，LI Guangze，KONG Zhongqiu.Discussion on arresters application on the railway catenary[J].Electrified Railway，2005（5）:28-30（in Chinese）.

[8]吳廣寧，曹曉斌，李瑞芳.軌道交通供電系統的防雷與接地[M].北京:科學出版社，2011.

（編輯李沈）

Analysis on Catenary Anti-Lightning Technology and Corresponding Countermeasures

ZENG Chunguang1，LUO Jun2
（1.Safety Supervision Department of Guangzhou Railway Group Corporation，Guangzhou 510000，Guangdong，China；2.Power Supply Division of Xi’an Railway Bureau，Xi’an 710054，Shaanxi，China）

Lightening line trips are frequent in part of the power line of the electric railway，and lightening is one of the very important factors which lead to flashovers.Based on the statistics of lightning trips in the caternary of Guangzhou Railway Group，this paper researches the current situation of the catenary anti-lightning，explores various related conditions and discusses countermeasure for lightning.

catenary；anti-lightning；countermeasure

1674-3814（2015）06-0080-03

U226.8+3

A

2015-02-05。

曾春光（1966—），男，工程師，主要從事鐵路牽引供電安全監察工作；

羅軍（1971—），男，工程師，主要從事牽引供電系統運營與生產工作。